DE102017216907B4

DE102017216907B4 - Micromechanical sensor device and method for manufacturing the same

Info

Publication number: DE102017216907B4
Application number: DE102017216907.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buck; Kerrin DOESSEL; Fabian Purkl; Daniel PANTEL; Christoph Schelling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: DE102017216907A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung (1), insbesondere eines mikromechanischen Mikrophons, umfassend die Schritte Bereitstellen einer MEMS-Einrichtung (3) mit einer darauf einseitig angeordneten oder eingespannten, insbesondere piezoelektrischen, Schicht (5), die einen freien Endbereich aufweist, welcher entlang zumindest einer Auslenkrichtung (200) auslenkbar ist, und die einen auf der MEMS-Einrichtung (3) angeordneten oder eingespannten Endbereich aufweist, der festgelegt ist, Bereitstellen eines ASIC-Elements (4, 4a, 4b),Verbinden des ASIC-Elements (4, 4a, 4b) mit der MEMS-Einrichtung (3), Anordnen des ASIC-Elements (4, 4a, 4b) und der MEMS-Einrichtung (3) derart zueinander, dass sich ein Endbereich des ASIC-Elements (4, 4a, 4b) und der freie Endbereich der einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht (5) im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Auslenkungsrichtung (200) in einem Überlappungsbereich (100) überlappen und das ASIC-Element (4, 4a, 4b) als Anschlag für den freien Endbereich dient, wobei die Größe des Überlappungsbereichs (100) höchstens 1/3, insbesondere weniger als 25%, weniger als 20%, weniger als 10% oder weniger als 5%, vorzugsweise zwischen 1% und 2%, der senkrecht zur Auslenkungsrichtung orientierten Fläche der einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht (5) entspricht.A method for producing a micromechanical sensor device (1), in particular a micromechanical microphone, comprising the steps of providing a MEMS device (3) with a layer (5) arranged or clamped on one side, in particular piezoelectric, which has a free end region which runs along at least one deflection direction (200) can be deflected, and which has an end region which is arranged or clamped on the MEMS device (3) and which is fixed, providing an ASIC element (4, 4a, 4b), connecting the ASIC element (4 , 4a, 4b) with the MEMS device (3), arranging the ASIC element (4, 4a, 4b) and the MEMS device (3) in such a way that an end region of the ASIC element (4, 4a, 4b) and the free end area of the layer (5) arranged or clamped on one side essentially overlap in a plane perpendicular to the direction of deflection (200) in an overlap area (100) and the ASIC element (4, 4a , 4b) serves as a stop for the free end area, the size of the overlap area (100) at most 1/3, in particular less than 25%, less than 20%, less than 10% or less than 5%, preferably between 1% and 2%, which corresponds to the surface of the layer (5) arranged or clamped on one side, oriented perpendicular to the direction of deflection.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung, insbesondere eines mikromechanischen Mikrofons.The invention relates to a method for producing a micromechanical sensor device, in particular a micromechanical microphone.

Die Erfindung betrifft weiter eine mikromechanische Sensorvorrichtung, insbesondere in Form eines mikromechanischen Mikrofons.The invention further relates to a micromechanical sensor device, in particular in the form of a micromechanical microphone.

Obwohl auf beliebige mikromechanische Sensorvorrichtungen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf mikromechanische Mikrofone, MEMS-Mikrofone, erläutert.Although applicable to any micromechanical sensor devices, the present invention is explained with reference to micromechanical microphones, MEMS microphones.

Bekannte MEMS-Mikrofone umfassen eine freistehende Struktur, die einem Umgebungsdruck ausgesetzt ist und sich entsprechend einem auf sie einwirkenden Schalldruck bewegt. In Endkunden-Anwendungen werden üblicherweise kapazitive MEMS-Mikrofone verwendet. Dabei wird die Bewegung oder Auslenkung einer Membran bei einem auf sie wirkenden Schalldruck detektiert, in dem die Kapazität beziehungsweise deren Änderung zwischen der Membran und einer perforierten Gegenelektrode vor oder hinter der Membran gemessen wird.Known MEMS microphones comprise a free-standing structure that is exposed to an ambient pressure and moves in accordance with a sound pressure acting on it. Capacitive MEMS microphones are usually used in end customer applications. The movement or deflection of a membrane is detected when a sound pressure acts on it by measuring the capacitance or its change between the membrane and a perforated counter-electrode in front of or behind the membrane.

Weiterhin sind ebenfalls piezo-elektrische MEMS-Mikrofone bekannt geworden. Hierbei wird ein Durchbiegen einer einseitig eingespannten Struktur auf eine piezo-elektrische Schicht übertragen, deren elektrische Ladung sich verändert, und die letztlich als Änderung einer Spannung detektiert werden kann. Ein piezoelektrisches MEMS-Mikrophon ist beispielsweise aus der US 2014/0339657 A1 bekannt geworden.Piezo-electric MEMS microphones are also known. In this case, bending of a structure clamped on one side is transferred to a piezoelectric layer, the electrical charge of which changes and which can ultimately be detected as a change in voltage. A piezoelectric MEMS microphone is, for example, from US 2014/0339657 A1 known.

Um extreme oder übermäßige Auslenkungen der beweglichen Teile von MEMS-Strukturen zu begrenzen, ist es weiterhin bekannt geworden, Anschläge vorzusehen. In Bezug auf Mikrofone auf Basis einseitig eingespannter Schichten sind diese Anschläge wichtig, um einen Bruch der einseitig eingespannten Schicht, beispielsweise bei mechanischem Schock oder durch hohe Druckdifferenz bei einem Fall des Mikrofons auf eine feste Oberfläche, zu vermeiden. Ein MEMS-Sensor mit einem Anschlag ist beispielsweise aus der DE 10 2014 212 314 A1 bekannt geworden. Der MEMS-Sensor weist dabei ein MEMS-Element und ein ASIC-Element auf, wobei zwischen dem MEMS-Element und dem ASIC-Element eine Bondstruktur ausgebildet ist. Das MEMS-Element weist weiter eine Schichtenanordnung mit abwechselnd aufeinander angeordneten Isolierschichten und Funktionsschichten auf, wobei in wenigstens einer der Funktionsschichten ein in einer Erfassungsrichtung bewegliches Erfassungselement ausgebildet ist und wobei mittels einer weiteren Funktionsschicht ein Abstandselement zum Ausbilden eines definierten Abstands zwischen dem MEMS-Element und dem ASIC-Element ausgebildet ist. Auf dem Erfassungselement ist ein Anschlagselement mit dem Abstandselement und einer ersten Bondschicht angeordnet, wobei in einem Anschlagsbereich des Anschlagselements auf dem ASIC-Element eine isolierende Schicht angeordnet ist.In order to limit extreme or excessive deflections of the moving parts of MEMS structures, it has also become known to provide stops. With regard to microphones based on layers clamped on one side, these stops are important in order to avoid breakage of the layer clamped on one side, for example in the event of mechanical shock or a high pressure difference if the microphone falls onto a solid surface. A MEMS sensor with a stop is, for example, from the DE 10 2014 212 314 A1 known. The MEMS sensor has a MEMS element and an ASIC element, a bond structure being formed between the MEMS element and the ASIC element. The MEMS element also has a layer arrangement with alternating insulating layers and functional layers, wherein a sensing element that is movable in a sensing direction is formed in at least one of the functional layers, and a spacer element for forming a defined distance between the MEMS element and a further functional layer the ASIC element is formed. A stop element with the spacer element and a first bonding layer is arranged on the detection element, an insulating layer being arranged in a stop region of the stop element on the ASIC element.

Aus der WO 2015/173333 A1 ist ein MEMS-Schallwandler zum Erzeugen und/oder Erfassen von Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum mit einem Membranträger, einer Membran, die in ihrem Randbereich mit dem Membranträger verbunden ist und gegenüber dem Membranträger entlang einer z-Achse zu schwingen vermag, und einem Stopper-Mechanismus, der die Schwingungen der Membran in zumindest einer Richtung begrenzt, bekannt geworden. Der Stopper-Mechanismus weist zumindest ein Verstärkungselement, das an einer Seite der Membran angeordnet ist, und einen dem Verstärkungselement gegenüberliegenden Anschlag, der in einer Neutralstellung der Membran von dieser beabstandet ist und gegen den das Verstärkungselement bei maximaler Auslenkung anstößt, auf. Ferner ist eine Schallwandleranordnung mit einem solchen MEMS-Schallwandler offenbart worden.From the WO 2015/173333 A1 is a MEMS sound transducer for generating and / or recording sound waves in the audible wavelength spectrum with a membrane support, a membrane that is connected to the membrane support in its edge area and is able to oscillate along a z-axis with respect to the membrane support, and a stopper mechanism , which limits the vibrations of the membrane in at least one direction, has become known. The stopper mechanism has at least one reinforcement element, which is arranged on one side of the membrane, and a stop opposite the reinforcement element, which is spaced from the membrane in a neutral position and against which the reinforcement element strikes at maximum deflection. Furthermore, a sound transducer arrangement with such a MEMS sound transducer has been disclosed.

Aus der DE 10 2012 208 032 A1 ist ein hybrid integriertes Bauteil mit einem MEMS-Bauelement und einem ASIC-Bauelement bekannt geworden, dessen mikromechanische Funktion auf einem kapazitiven Detektions- oder Anregungsprinzip beruht. Insbesondere werden Maßnahmen zur Verbesserung der kapazitiven Signalerfassung beziehungsweise Ansteuerung vorgeschlagen. Die Funktionalität des MEMS-Bauelements ist in einem Schichtaufbau auf einem Halbleitersubstrat realisiert. Der Schichtaufbau des MEMS-Bauelements umfasst mindestens eine Leiterbahnebene und mindestens eine Funktionsschicht, in der die mikromechanische Struktur des MEMS-Bauelements mit mindestens einem auslenkbaren Strukturelement ausgebildet ist. Die Leiterbahnebene ist einerseits durch mindestens eine Isolationsschicht gegen das Halbleitersubstrat isoliert und andererseits durch mindestens eine Isolationsschicht gegen die Funktionsschicht isoliert. Das ASIC-Bauelement ist „face-down“ auf dem Schichtaufbau des MEMS-Bauelements montiert und fungiert als Kappe für die mikromechanische Struktur des MEMS-Bauelements. Das auslenkbare Strukturelement des MEMS-Bauelements ist mit mindestens einer Elektrode einer Kondensatoranordnung ausgestattet. In der Leiterbahnebene des MEMS-Bauelements ist mindestens eine feststehende Gegenelektrode der Kondensatoranordnung ausgebildet, und das ASIC-Bauelement umfasst mindestens eine weitere Gegenelektrode der Kondensatoranordnung.From the DE 10 2012 208 032 A1 a hybrid integrated component with a MEMS component and an ASIC component has become known, the micromechanical function of which is based on a capacitive detection or excitation principle. In particular, measures to improve the capacitive signal detection or control are proposed. The functionality of the MEMS component is implemented in a layer structure on a semiconductor substrate. The layer structure of the MEMS component comprises at least one conductor track level and at least one functional layer in which the micromechanical structure of the MEMS component is formed with at least one deflectable structural element. The conductor track level is insulated from the semiconductor substrate by at least one insulation layer on the one hand and insulated from the functional layer on the other hand by at least one insulation layer. The ASIC component is mounted “face-down” on the layer structure of the MEMS component and functions as a cap for the micromechanical structure of the MEMS component. The deflectable structural element of the MEMS component is equipped with at least one electrode of a capacitor arrangement. At least one stationary counterelectrode of the capacitor arrangement is formed in the conductor track plane of the MEMS component, and the ASIC component comprises at least one further counterelectrode of the capacitor arrangement.

Aus der DE 10 2006 022 379 A1 ist ein mikromechanischer Druckwandler bekannt geworden, umfassend einen Chip mit einer auslenkbaren Membran und einen Chip mit einer Auswerteschaltung, die Informationen über die Auslenkung der Membran verarbeiten kann, wobei mindestens einer der beiden Chips eine substratseitig offene Kaverne enthält und beide Chips elektrisch und mechanisch so miteinander verbunden sind, dass die mindestens eine Kaverne für die auslenkbare Membran ein Rückvolumen bildet und an der Auswerteschaltung Informationen über die Auslenkung der Membran anliegen. Ferner ist ein entsprechendes Herstellverfahren offenbart worden.From the DE 10 2006 022 379 A1 a micromechanical pressure transducer has become known, comprising a chip with a deflectable membrane and a chip with an evaluation circuit that can process information about the deflection of the membrane, with at least one of the two chips containing a cavity that is open on the substrate side and both chips electrically and mechanically with one another are connected so that the at least one cavity for the deflectable membrane forms a back volume and information about the deflection of the membrane is applied to the evaluation circuit. A corresponding manufacturing method has also been disclosed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Sensorvorrichtung bereit, insbesondere eines mikromechanischen Mikrofons, umfassend die Schritte

- Bereitstellen einer MEMS-Einrichtung mit einer einseitig darauf angeordneten oder eingespannten Schicht, insbesondere eine piezoelektrische Schicht, die einen freien Endbereich aufweist, welcher entlang zumindest einer Auslenkrichtung auslenkbar ist, und die einen eingespannten Endbereich aufweist, der festgelegt ist,
- Bereitstellen eines ASIC-Elements,
- Verbinden des ASIC-Elements mit der MEMS-Einrichtung,
- Anordnen des ASIC-Elements und der MEMS-Einrichtung derart zueinander, dass sich ein Endbereich des ASIC-Elements und der freie Endbereich der angeordneten oder eingespannten Schicht im Wesentlichen in Auslenkungsrichtung in einem Überlappungsbereich überlappen und das ASIC-Element als Anschlag für den freien Endbereich dient, wobei die Größe des Überlappungsbereichs höchstens 1/3, insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise zwischen 1% und 2% der senkrecht zur Auslenkungsrichtung orientierten Fläche der einseitig eingespannten Schicht entspricht.

In one embodiment, the invention provides a method for producing a micromechanical sensor device, in particular a micromechanical microphone, comprising the steps

Provision of a MEMS device with a layer arranged or clamped on one side, in particular a piezoelectric layer, which has a free end region which can be deflected along at least one deflection direction and which has a clamped end region which is fixed,
- Provision of an ASIC element,
- connecting the ASIC element to the MEMS device,
- Arranging the ASIC element and the MEMS device with respect to one another in such a way that an end area of the ASIC element and the free end area of the arranged or clamped layer essentially overlap in the direction of deflection in an overlap area and the ASIC element acts as a stop for the free end area serves, the size of the overlap area at most 1/3, in particular less than 25%, preferably less than 20%, in particular less than 10%, in particular less than 5%, preferably between 1% and 2% of the surface of the oriented perpendicular to the direction of deflection one-sided clamped layer corresponds.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine mikromechanische Sensorvorrichtung, insbesondere in Form eines mikromechanischen Mikrofons bereit, umfassend
eine MEMS-Einrichtung mit einer einseitig darauf angeordneten oder eingespannten Schicht, insbesondere eine piezoelektrische Schicht, die einen freien Endbereich aufweist, welcher entlang zumindest einer Auslenkrichtung auslenkbar ist, und die einen auf der MEMS-Einrichtung angeordneten oder eingespannten Endbereich aufweist, der festgelegt ist,
ein ASIC-Element, welches mit der MEMS-Einrichtung verbunden ist, wobei ASIC-Element und MEMS-Einrichtung derart zueinander angeordnet sind, dass sich ein Endbereich des ASIC-Elements und der freie Endbereich der angeordneten oder eingespannten Schicht im Wesentlichen in
Auslenkungsrichtung in einem Überlappungsbereich überlappen und das ASIC-Element als Anschlag für den freien Endbereich dient, wobei die Größe des Überlappungsbereichs höchstens 1/3, insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, vorzugsweise zwischen 1% und 2% der senkrecht zur Auslenkungsrichtung orientierten Fläche der einseitig eingespannten Schicht entspricht.
Mit anderen Worten sind die Abmessungen und Position des ASIC-Elements auf die Abmessungen der MEMS-Einrichtung so abgestimmt, dass eine insbesondere minimale Überlappung mit der einen oder den mehreren einseitig angeordneten oder eingespannten Schichten gegeben ist. Umgekehrt sind auch die Abmessungen der MEMS-Einrichtung so angepasst, dass insbesondere ein ASIC-Element mit einer rechteckigen Grundfläche als Anschlag für den freien Endbereich der einseitig eingespannten Schicht dient.In a further embodiment, the invention provides a micromechanical sensor device, in particular in the form of a micromechanical microphone, comprising
a MEMS device with a layer arranged or clamped on one side thereon, in particular a piezoelectric layer, which has a free end region which can be deflected along at least one deflection direction and which has an end region which is arranged or clamped on the MEMS device and which is fixed,
an ASIC element which is connected to the MEMS device, the ASIC element and MEMS device being arranged with respect to one another in such a way that an end region of the ASIC element and the free end region of the arranged or clamped layer are essentially in
Overlap the deflection direction in an overlap area and the ASIC element serves as a stop for the free end area, the size of the overlap area at most 1/3, in particular less than 25%, preferably less than 20%, in particular less than 10%, in particular less than 5 %, preferably between 1% and 2% of the area of the layer clamped on one side, oriented perpendicular to the direction of deflection.
In other words, the dimensions and position of the ASIC element are matched to the dimensions of the MEMS device in such a way that there is, in particular, a minimal overlap with the one or more layers arranged or clamped on one side. Conversely, the dimensions of the MEMS device are also adapted so that in particular an ASIC element with a rectangular base area serves as a stop for the free end region of the layer clamped on one side.

Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass ein Anschlag auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann ohne dass zusätzliche Herstellungsschritte und zusätzliches Material verwendet werden müssen. Darüber hinaus wird der Bauraum der mikromechanischen Sensorvorrichtung verkleinert, denn insbesondere mit bekannten Anschlägen für auf einer einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht basierende Sensorvorrichtungen müssen die Anschläge in den Endbereichen angeordnet werden, im Gegensatz zu den membran-basierten Mikrophonen bei denen diese zentral über beziehungsweise unter der Membran angeordnet werden können. Dies erfordert einen entsprechend hohen Abstand der Anschläge von der Ruhelage und führt bei bereits bekannten Sensorvorrichtungen zu einer komplizierten und teuren Fertigung. Weitere Vorteile sind insbesondere, dass durch den kleinen Überlappungsbereich ein geringer akustischer Widerstand und damit eine hohe Sensitivität erreicht werden. Darüber hinaus wird der akustische Leckpfad, also der Spalt, der die Volumina vor und hinter der beweglichen Struktur verbindet, durch die die Überlappung des ASIC-Elements mit dem Spalt an Stellen höchster Auslenkung minimiert.One of the advantages achieved in this way is that a stop can be produced in a particularly simple and inexpensive manner without additional production steps and additional material having to be used. In addition, the installation space of the micromechanical sensor device is reduced, because in particular with known stops for sensor devices based on a layer arranged or clamped on one side, the stops must be arranged in the end areas, in contrast to the membrane-based microphones in which these are centrally above or below the Membrane can be arranged. This requires a correspondingly large distance between the stops and the rest position and, in the case of already known sensor devices, leads to a complicated and expensive production. Further advantages are, in particular, that the small overlap area results in a low acoustic resistance and thus a high level of sensitivity. In addition, the acoustic leakage path, i.e. the gap that connects the volumes in front of and behind the movable structure, through which the overlapping of the ASIC element with the gap at points of greatest deflection, is minimized.

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar:

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das ASIC-Element auf der MEMS-Einrichtung oberhalb der einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht angeordnet. Vorteil hiervon ist, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein oberer Anschlag für die auslenkbare Schicht zur Verfügung gestellt werden kann.

Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or are thereby made apparent:

According to an advantageous development, the ASIC element is arranged on the MEMS device above the layer arranged or clamped on one side. The advantage of this is that an upper stop can be made available for the deflectable layer in a particularly simple and inexpensive manner.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden ASIC-Element und MEMS-Einrichtung mittels eines AVT-Prozesses, insbesondere mittels Kleben und/oder Löten, verbunden. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit auf flexible und gleichzeitig zuverlässige Weise ASIC-Element und MEMS-Einrichtung mittels eines Aufbau- und Verbindungstechnik-Prozesses, AVT-Prozess, verbunden werden können. Darüber hinaus ermöglicht ein AVT-Prozess einen größeren Abstand zwischen MEMS-Einrichtung und ASIC-Element, was beispielsweise bei einem MEMS-Mikrophon höhere Schalldrücke ermöglicht.According to a further advantageous development, the ASIC element and the MEMS device are connected by means of an AVT process, in particular by means of gluing and / or soldering. One of the advantages achieved in this way is that the ASIC element and MEMS device can be connected in a flexible and at the same time reliable manner by means of a construction and connection technology process, the AVT process. In addition, an AVT process enables a greater distance between the MEMS device and the ASIC element, which enables higher sound pressures, for example in the case of a MEMS microphone.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden ASIC-Element und MEMS-Einrichtung mittels zumindest einer Löt-Verbindung verbunden, insbesondere wobei die Löt-Verbindung MEMS-Einrichtung und ASIC-Element stoffschlüssig und elektrisch miteinander verbindet. Damit kann auf einfache und kostengünstige Weise insbesondere sowohl eine stoffschlüssige als auch eine elektrische Verbindung zwischen ASIC-Element und MEMS-Einrichtung hergestellt werden.According to a further advantageous development, the ASIC element and the MEMS device are connected by means of at least one soldered connection, in particular the soldered connection connecting the MEMS device and the ASIC element to one another in a materially and electrically. In this way, in particular, both a material connection and an electrical connection between the ASIC element and the MEMS device can be established in a simple and inexpensive manner.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird eine Ausnehmung im ASIC-Element als Anschlag hergestellt. Vorteil hiervon ist, dass damit auf besonders zuverlässige Weise die Entfernung zwischen der Oberfläche der eingespannten Schicht im Ruhezustand und dem als Anschlag dienenden ASIC-Element festgelegt werden kann.According to a further advantageous development, a recess is produced in the ASIC element as a stop. The advantage of this is that the distance between the surface of the clamped layer in the rest state and the ASIC element serving as a stop can thus be determined in a particularly reliable manner.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden ASIC-Element und MEMS-Einrichtung mittels eines Adhäsions- oder eines Bond-Verfahrens, insbesondere mittels Direktbonden, miteinander verbunden. Vorteil hiervon ist, dass auf zuverlässige und gleichzeitig einfache Weise ASIC-Element und MEMS-Einrichtung verbunden werden können.According to a further advantageous development, the ASIC element and the MEMS device are connected to one another by means of an adhesion or a bonding method, in particular by means of direct bonding. The advantage of this is that the ASIC element and the MEMS device can be connected in a reliable and, at the same time, simple manner.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zumindest ein elektrischer Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des ASIC-Elements auf der der MEMS-Einrichtung zugewandten Seite des ASIC-Elements angeordnet und der zumindest eine elektrische Kontakt des ASIC-Elements mit einer auf der Oberfläche der MEMS-Einrichtung angeordneten elektrisch leitenden Verbindung verbunden. Vorteil hiervon ist, dass damit eine elektrische Kontaktierung zwischen MEMS-Einrichtung und ASIC-Element ohne Bond-Drähte erfolgen kann.According to a further advantageous development, at least one electrical contact for making electrical contact with the ASIC element is arranged on the side of the ASIC element facing the MEMS device and the at least one electrical contact between the ASIC element and one on the surface of the MEMS device electrically conductive connection connected. The advantage of this is that electrical contact can be made between the MEMS device and the ASIC element without bonding wires.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird im Überlappungsbereich am ASIC-Element und/oder an der einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht eine Anschlagsstruktur, insbesondere in Form einer Anschlagsnoppe, hergestellt. Damit kann auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise ein Festkleben nach einem Anschlag des freien Endbereichs der einseitig eingespannten Schicht am ASIC-Element vermieden werden.According to a further advantageous development, a stop structure, in particular in the form of a stop knob, is produced in the overlap area on the ASIC element and / or on the layer arranged or clamped on one side. In this way, sticking after the free end region of the layer clamped on one side has hit the ASIC element can be avoided in a simple and at the same time reliable manner.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das ASIC-Element und/oder die einseitig eingespannte Schicht zumindest im Bereich des Anschlags, insbesondere im Überlappungsbereich, mit einer Schutzschicht versehen, insbesondere in Form einer elektrischen Passivierungsschicht. Vorteil hiervon ist, dass ein zusätzlicher Schutz bereitgestellt wird und somit die Lebensdauer der mikromechanischen Sensorvorrichtung insgesamt erhöht wird.According to a further advantageous development, the ASIC element and / or the layer clamped on one side is provided with a protective layer, in particular in the form of an electrical passivation layer, at least in the area of the stop, in particular in the overlap area. The advantage of this is that additional protection is provided and thus the service life of the micromechanical sensor device is increased overall.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind ASIC-Element und MEMS-Einrichtung zwischen 4 µm und 150 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 100 µm voneinander beanstandet angeordnet. Auf diese Weise kann ein ausreichender Abstand zwischen ASIC-Element als Anschlag für die auslenkbare Schicht und der MEMS-Einrichtung bereitgestellt werden.According to a further advantageous development, the ASIC element and the MEMS device are arranged at a distance from one another between 4 μm and 150 μm, preferably between 5 μm and 100 μm. In this way, a sufficient distance can be provided between the ASIC element as a stop for the deflectable layer and the MEMS device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das ASIC-Element eine Ausnehmung auf, die im Wesentlichen zum Überlappungsbereich korrespondierend angeordnet ist. Vorteil hiervon ist, dass der Abstand zwischen MEMS-Einrichtung mit der einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht und ASIC-Element besonders zuverlässig festgelegt werden kann.According to a further advantageous development, the ASIC element has a recess which is arranged essentially to correspond to the overlap area. The advantage of this is that the distance between the MEMS device with the layer arranged or clamped on one side and the ASIC element can be determined particularly reliably.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das ASIC-Element auf seiner der MEMS-Einrichtung zugewandten Seite zumindest eine elektrische Kontaktstelle auf, die insbesondere mit einer Durchkontaktierung im ASIC-Element verbunden ist. Vorteil hiervon ist, dass bei Anordnung der aktiven Schicht des ASIC-Elements auf der der MEMS-Einrichtung abgewandten Seite des ASIC-Elements eine zuverlässige elektrische Kontaktierung bereitgestellt werden kann. Unter „aktive Schicht“ ist hierbei insbesondere ein Teil, ein Bereich oder eine Schicht zu verstehen, die elektrisch aktive Komponenten wie beispielsweise Schaltkreise oder dergleichen aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen ASIC-Element und/oder einseitig eingespannte Schicht im Überlappungsbereich eine Anschlagsstruktur auf, insbesondere in Form einer Anschlagsnoppe. Damit kann auf einfache und gleichzeitig zuverlässige Weise ein Festkleben der einseitig eingespannten Schicht nach einem Berühren des ASIC-Elements durch die auslenkbare Schicht vermieden werden.According to a further advantageous development, the ASIC element has at least one electrical contact point on its side facing the MEMS device, which is connected in particular to a through-contact in the ASIC element. The advantage of this is that when the active layer of the ASIC element is arranged on the side of the ASIC element facing away from the MEMS device, reliable electrical contacting can be provided. In this context, “active layer” is to be understood as meaning, in particular, a part, an area or a layer which has electrically active components such as, for example, circuits or the like.
According to a further advantageous development, the ASIC element and / or the layer clamped in on one side have a stop structure in the overlapping area, in particular in the form of a stop knob. In this way, sticking of the layer clamped on one side after the ASIC element has been touched by the deflectable layer can be avoided in a simple and at the same time reliable manner.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.Preferred designs and embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components or elements.

FigurenlisteFigure list

The 1a , 1b , 1c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 1a) as well as in cross section ( 1b , 1c ).
The 2a , 2 B show steps of a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
The 3a , 3b , 3c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 3a) as well as in cross section ( 3b , 3c ).
The 4a , 4b , 4c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 4a) as well as in cross section ( 4b , 4c ).
The 5a , 5b , 5c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 5a) as well as in cross section ( 5b , 5c ).
The 6a , 6b show different configurations of the layer clamped on one side of a micromechanical sensor device according to embodiments of the present invention.
The 7a , 7b , 7c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 7a) as well as in cross section ( 7b , 7c ).

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1a, 1b, 1c zeigen eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht (1a) sowie im Querschnitt (1b, 1c).The 1a , 1b , 1c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 1a) as well as in cross section ( 1b , 1c ).

In 1a ist in der Draufsicht eine mikromechanische Sensorvorrichtung 1 gezeigt. Die mikromechanische Sensorvorrichtung 1 umfasst eine Leiterplatte 2, auch bezeichnet als „Printed Circuit Board - PCB“, auf deren Oberseite eine MEMS-Einrichtung 3 angeordnet ist. Auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 sind Kontaktstellen 123 angeordnet, die mit elektrischen Leiterbahnen 133 verbunden sind und die zur elektrischen Kontaktierung dienen. Die MEMS-Einrichtung 3 weist dabei in ihrem inneren Bereich eine rechteckförmige Aussparung 3' auf, in die eine einseitig angeordnete oder eingespannte Schicht 5 hineinragt. Die einseitig angeordnete oder eingespannte Schicht 5, die in Richtung 200 auslenkbar ist, ist an ihrem einen einseitig angeordneten oder eingespannten Ende auf der Oberfläche der MEMS-Einrichtung 3 angeordnet.In 1a is a micromechanical sensor device in plan view 1 shown. The micromechanical sensor device 1 includes a circuit board 2 , also referred to as "Printed Circuit Board - PCB", on the top of which a MEMS device 3 is arranged. On top of the MEMS device 3 are contact points 123 arranged with electrical conductor tracks 133 are connected and which are used for electrical contacting. The MEMS facility 3 has a rectangular recess in its inner area 3 ' on, in which a unilaterally arranged or clamped layer 5 protrudes. The layer arranged or clamped on one side 5 going towards 200 is deflectable, is at its one end arranged or clamped on one side on the surface of the MEMS device 3 arranged.

Auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 ist weiterhin ein ASIC-Chip 4 angeordnet, welcher teilweise die Aussparung 3' bei Blickrichtung von oben überlappt und der oberhalb der einseitig angeordneten oder eingespannten Schicht 5 angeordnet ist, derart, dass sich die einseitig angeordnete oder eingespannte Schicht 5 und ASIC-Element 4 in einem Überlappungsbereich 100 in vertikaler Richtung 200 in 1b überlappen. Die einseitig angeordnete oder eingespannte Schicht 5 ist somit, wie in 1b zu sehen, in ihrem Ruhezustand von der Unterseite des ASIC-Chips 4 beabstandet. Die einseitig angeordnete oder eingespannte Schicht 5 kann dabei eine oder mehrere piezo-elektrische Schichten umfassen. ASIC-Chip 4 und MEMS-Einrichtung 3 sind über ein Adhäsionsverbindung 6 stoffschlüssig miteinander verbunden und beabstandet voneinander angeordnet. Der ASIC-Chip 4 weist darüber hinaus auf seiner der MEMS-Einrichtung 3 abgewandten Oberfläche eine aktive Schicht 4', umfassend einen integrierten Schaltkreis, auf.On top of the MEMS device 3 is still an ASIC chip 4th arranged, which partially the recess 3 ' when looking from above overlaps and the layer above the one-sided or clamped layer 5 is arranged in such a way that the one-sided arranged or clamped layer 5 and ASIC element 4th in an overlap area 100 in the vertical direction 200 in 1b overlap. The layer arranged or clamped on one side 5 is thus, as in 1b seen in its idle state from the bottom of the ASIC chip 4th spaced. The layer arranged or clamped on one side 5 can include one or more piezoelectric layers. ASIC chip 4th and MEMS facility 3 are about an adhesive bond 6th cohesively connected to one another and arranged at a distance from one another. The ASIC chip 4th It also points out its the MEMS facility 3 facing away from the surface an active layer 4 ' comprising an integrated circuit.

Die Leiterplatte 2 weist Kontaktstellen 122 auf, die über Bond-Drähte 11 mit Kontaktstellen 124 des ASIC-Elements 4 verbunden sind. Weiterhin sind Kontaktstellen 124 des ASIC-Elements 4 über Bond-Drähte 10 mit Kontaktstellen 123 auf der oberen Oberfläche der MEMS-Einrichtung 3 verbunden.The circuit board 2 has contact points 122 on that over bond wires 11 with contact points 124 of the ASIC element 4th are connected. There are also contact points 124 of the ASIC element 4th via bond wires 10 with contact points 123 on the top surface of the MEMS device 3 connected.

In den 1a-c sind die Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 und die Unterseite des ASIC-Chips 4 zwischen 5 µm und 100 µm voneinander beanstandet. Wie oben ausgeführt überlappen das ASIC-Element 4 und das auslenkbare Ende der einseitig eingespannten Schicht 5 im Überlappungsbereich 100. Das ASIC-Element 4 stellt damit einen oberen Anschlag für die auslenkbare Schicht 5 zur Verfügung, um eine Beschädigung der einseitig angeordnete oder eingespannten Schicht 5 bei einer entsprechend einwirkenden Belastung auf die einseitig angeordnete oder eingespannte Schicht 5 zu vermeiden. Ebenfalls wie bereits ausgeführt werden die elektrischen Verbindungen zwischen MEMS-Einrichtung 3 und ASIC-Chip 4 und zwischen dem ASIC-Chip 4 und der Leiterplatte 2 mittels Bond-Drähten 10, 11 bereitgestellt.In the 1a-c are the top of the MEMS device 3 and the bottom of the ASIC chip 4th between 5 µm and 100 µm apart. As stated above, the ASIC elements overlap 4th and the deflectable end of the one-sided clamped layer 5 in the overlap area 100 . The ASIC element 4th thus provides an upper stop for the deflectable layer 5 available to prevent damage to the cantilevered or clamped layer 5 in the event of a corresponding load acting on the layer arranged or clamped on one side 5 to avoid. The electrical connections between MEMS devices are also carried out, as already stated 3 and ASIC chip 4th and between the ASIC chip 4th and the circuit board 2 by means of bond wires 10 , 11 provided.

Die 2a, 2b zeigen Schritte eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 3a, 3b, 3c zeigen eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht (3a) sowie im Querschnitt (3b, 3c), hergestellt mit Schritten gemäß der Ausführungsform der 2a und 2b.The 2a , 2 B FIG. 11 shows steps of a manufacturing method according to an embodiment of the present invention and FIG 3a , 3b , 3c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 3a) as well as in cross section ( 3b , 3c ), produced with steps according to the embodiment of FIG 2a and 2 B .

In 2a ist ein ASIC-Wafer 40 sehen, der auf seiner Unterseite eine aktive Schicht 4' aufweist. Um nun die Entfernung zwischen der oberen Oberfläche der MEMS-Einrichtung 3 und einem ASIC-Element 4a, 4b als Anschlag möglichst genau festzulegen, wird auf die Oberseite des ASIC-Wafers 40 eine Maske 7 aufgebracht, die Aussparungen 7' aufweist. Wird nun von oben geätzt, angedeutet durch die Pfeile, werden Kavitäten oder Aussparungen 8 in dem ASIC-Wafer 40 hergestellt. Dies kann beispielsweise mittels reaktiven lonen-Tiefätzen DRIE erfolgen. Anschließend werden die einzelnen ASIC-Elemente 4a, 4b, jeweils umfassend eine Kavität 8 und eine entsprechende aktive Schicht 4a', 4b', wobei erstere dann jeweils als genau ausgebildeter Anschlag für den freien Endbereich einer einseitig eingespannten Schicht 5 dient, geeignet voneinander getrennt. Die Trennung erfolgt insbesondere derart, dass eine Seitenwand der im Wesentlichen im Querschnitt U-förmigen Kavität 8 entfernt wird, sie somit im Querschnitt L-förmig ist und nach einer Seite offen ist und eine Ausnehmung bildet. Die ASIC-Elemente 4a, 4b und können dann in einer mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 insbesondere gemäß der 3a-3c verwendet werden.In 2a is an ASIC wafer 40 see, which has an active layer on its underside 4 ' having. Now to calculate the distance between the top surface of the MEMS device 3 and an ASIC element 4a , 4b as a stop as precisely as possible, is on the top of the ASIC wafer 40 a mask 7th applied, the recesses 7 ' having. If etching is now carried out from above, indicated by the arrows, cavities or cutouts are created 8th in the ASIC wafer 40 produced. This can be done, for example, by means of reactive deep ion etching DRIE. Then the individual ASIC elements 4a , 4b , each comprising a cavity 8th and a corresponding active layer 4a ' , 4b ' , the former then each being a precisely designed stop for the free end area of a layer clamped on one side 5 serves, suitably separated from each other. The separation takes place in particular in such a way that one side wall of the cavity, which is essentially U-shaped in cross section 8th is removed, it is thus L-shaped in cross section and is open to one side and forms a recess. The ASIC elements 4a , 4b and can then in a micromechanical sensor device 1 in particular according to the 3a-3c be used.

In 3a-c ist im Wesentlichen eine Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 ist bei der mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 3 das ASIC-Element 4 mit einer Kavität 8, beziehungsweise einer Ausnehmung im Überlappungsbereich 100, versehen. Ein weiterer Unterschied ist, dass anstelle der Adhäsionsverbindung 6 zwischen ASIC-Element 4 und MEMS-Einrichtung 3 nun ASIC-Element 4 und MEMS-Einrichtung 3 mittels eines Bond-Verfahrens 6' miteinander stoffschlüssig verbunden sind.In 3a-c is essentially a sensor device 1 according to 1 shown. In contrast to the micromechanical sensor device 1 according to 1 is at the micromechanical sensor device 1 according to 3 the ASIC element 4th with a cavity 8th , or a recess in the overlap area 100 , Mistake. Another difference is that instead of the adhesive bond 6th between ASIC element 4th and MEMS facility 3 now ASIC element 4th and MEMS facility 3 by means of a bond process 6 ' are cohesively connected to one another.

Die 4a, 4b, 4c zeigen eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht (4a) sowie im Querschnitt (4b, 4c).The 4a , 4b , 4c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 4a) as well as in cross section ( 4b , 4c ).

In den 4a-c ist im Wesentlichen eine mikromechanische Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 erfolgt bei der mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 4 beim ASIC-Element 4 die Kontaktierung der aktiven Schicht 4' auf der Oberseite des ASIC-Elements 4 nun mittels einer Silizium-Durchkontaktierung 9. Auf der Unterseite des ASIC-Elements 4 sind hierzu Kontaktstellen 124 angeordnet, die über Lötstellen 6" und Kontaktstellen 123 auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 elektrisch verbunden sind. Bonddrähte 10 zwischen Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 und Oberseite des ASIC-Elements 4 sind somit nicht erforderlich. Die Kontaktstellen 123 auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 sind mit elektrischen Verbindungen 133 auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 elektrisch verbunden.In the 4a-c is essentially a micromechanical sensor device 1 according to 1 shown. In contrast to the micromechanical sensor device 1 according to 1 takes place with the micromechanical sensor device 1 according to 4th with the ASIC element 4th the contacting of the active layer 4 ' on top of the ASIC element 4th now by means of a silicon via 9 . On the underside of the ASIC element 4th are contact points for this 124 arranged over solder joints 6 " and contact points 123 on top of the MEMS device 3 are electrically connected. Bond wires 10 between the top of the MEMS device 3 and top of the ASIC element 4th are therefore not required. The contact points 123 on top of the MEMS device 3 are with electrical connections 133 on top of the MEMS device 3 electrically connected.

Die 5a, 5b, 5c zeigen eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht (5a) sowie im Querschnitt (5b, 5c).The 5a , 5b , 5c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 5a) as well as in cross section ( 5b , 5c ).

In den 5a-c ist im Wesentlichen eine mikromechanische Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 ist bei der mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 5 nun die aktive Schicht 4' des ASIC-Elements 4 auf der zur MEMS-Einrichtung 3 benachbarten Seite angeordnet und weist Kontaktstellen 124 zur elektrischen Kontaktierung auf. Diese sind wie in 4 mittels Lötstellen 6" mit entsprechenden Kontaktstellen 123 auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 elektrisch verbunden. Die Durchkontaktierung 9 gemäß 4c ist somit nicht notwendig. Die Kontaktstellen 123 auf der Oberseite der MEMS-Einrichtung 3 sind über entsprechende elektrische Verbindungen 133 und weiter über Bonddrähte 11 mit Kontaktstellen 122 der Leiterplatte 2 elektrisch verbunden.In the 5a-c is essentially a micromechanical sensor device 1 according to 1 shown. In contrast to the micromechanical sensor device 1 according to 1 is at the micromechanical sensor device 1 according to 5 now the active layer 4 ' of the ASIC element 4th on the MEMS facility 3 adjacent side arranged and has contact points 124 for electrical contact. These are like in 4th by means of soldering points 6 " with appropriate contact points 123 on top of the MEMS device 3 electrically connected. The via 9 according to 4c is therefore not necessary. The contact points 123 on top of the MEMS device 3 are via appropriate electrical connections 133 and further over bond wires 11 with contact points 122 the circuit board 2 electrically connected.

In 5 ist somit die aktive Schicht 4' des ASIC-Elements 4 in Richtung auf die MEMS-Einrichtung 3 orientiert. Die elektrischen Kontakte 124 des ASIC-Elements 4 werden über die Lötverbindung 6", die Kontaktstellen 123 und die elektrischen Verbindungen 133 auf der Oberfläche der MEMS-Einrichtung 3 entlang elektrisch kontaktiert und sind mit Bonddrähten 11 auch mit der Leiterplatte 2 verbunden. Im Bereich des ASIC-Elements 4, welcher als Anschlag ausgebildet oder hierfür vorgesehen ist, kann die aktive Schicht 4' des ASIC-Elements 4 mit einer Schutzschicht und/oder mit einer elektrischen Passivierungsschicht, beispielsweise in Form von Siliziumdioxid oder Polymeren, beispielsweise in Form von Polyimid, versehen sein.In 5 is thus the active layer 4 ' of the ASIC element 4th towards the MEMS facility 3 oriented. The electrical contacts 124 of the ASIC element 4th are via the solder joint 6 " , the contact points 123 and the electrical connections 133 on the surface of the MEMS device 3 electrically contacted along and are with bond wires 11 also with the circuit board 2 connected. In the area of the ASIC element 4th , which is designed as a stop or is provided for this, the active layer 4 ' of the ASIC element 4th be provided with a protective layer and / or with an electrical passivation layer, for example in the form of silicon dioxide or polymers, for example in the form of polyimide.

Die 6a, 6b zeigen verschiedene Ausbildungen der einseitig eingespannten Schicht einer mikromechanischen Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.The 6a , 6b show different configurations of the layer clamped on one side of a micromechanical sensor device according to embodiments of the present invention.

In 6 ist im Wesentlichen eine Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 ist bei der mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 6a nun im Überlappungsbereich 100 in 6a eine Anschlagsnoppe 54 auf der Oberseite der einseitig eingespannten Schicht 5 in Richtung der Unterseite des ASIC-Elements 4 angeordnet und in 6b ist die Anschlagsnoppe 45 auf der Unterseite des ASIC-Elements 4 in Richtung der einseitig angeordnete oder eingespannten Schicht 5 angeordnet. Die Anschlagsnoppe 45, 54 verhindert beziehungsweise reduziert die Wahrscheinlichkeit für ein Verkleben nach einer Berührung von einseitig eingespannter Schicht 5 und ASIC-Element 4. Es ist auch eine Kombination der Anschlagsnoppe 45 und 54 denkbar, das heißt, dass sowohl an der einseitig eingespannten Schicht 5 als auch an der Unterseite des ASIC-Elements 4 kann eine Anschlagsnoppe 54, 45 angeordnet werden. Darüber hinaus kann ebenso auf der Oberseite der einseitig eingespannten Schicht 5 und/oder auf der Unterseite des ASIC-Elements 4 eine Schutzschicht in Form einer elektrischen Isolationsschicht oder einer Passivierungsschicht angeordnet werden, um Beschädigungen zu vermeiden.In 6th is essentially a sensor device 1 according to 1 shown. In contrast to the sensor device 1 according to 1 is at the micromechanical sensor device 1 according to 6a now in the overlap area 100 in 6a a stop knob 54 on the top of the cantilevered layer 5 towards the bottom of the ASIC element 4th arranged and in 6b is the stop knob 45 on the underside of the ASIC element 4th in the direction of the unilaterally arranged or clamped layer 5 arranged. The stop knob 45 , 54 prevents or reduces the likelihood of sticking after touching a layer clamped on one side 5 and ASIC element 4th . It is also a combination of the stop knob 45 and 54 conceivable, that is, both on the layer clamped on one side 5 as well as on the underside of the ASIC element 4th can be a stop knob 54 , 45 to be ordered. In addition, it can also be on the top of the cantilevered layer 5 and / or on the underside of the ASIC element 4th a protective layer in the form of an electrical insulation layer or a passivation layer can be arranged in order to avoid damage.

Die 7a, 7b, 7c zeigen eine mikromechanische Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht (7a) sowie im Querschnitt (7b, 7c).The 7a , 7b , 7c show a micromechanical sensor device according to an embodiment of the present invention in a top view ( 7a) as well as in cross section ( 7b , 7c ).

In der 7a-c ist im Wesentlichen eine mikromechanische Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 sind bei der mikromechanischen Sensorvorrichtung 1 gemäß 7 nun anstelle einer einseitig angeordnete oder eingespannten Schicht 5 zwei einseitig eingespannte Schichten 5a und 5b symmetrisch angeordnet, derart, dass das ASIC-Element 4 in der Mitte und oberhalb der Aussparung 3' der MEMS-Einrichtung 3 angeordnet ist und als Anschlag für beide einseitig eingespannte Schichten 5a, 5b der MEMS-Einrichtung 3 dient. Die einseitig eingespannten Schichten 5a und 5b sind dabei horizontal voneinander beabstandet, berühren sich also nicht. Die Kontaktierung des ASIC-Elements 4 mit der Leiterplatte 2 erfolgt dabei im Wesentlichen in 7 oben anstelle wie in 1 auf deren rechten Seite, da bei der Ausführungsform der 7 auf der rechten Seite nun die zweite einseitig eingespannte Schicht 5b angeordnet ist. Das ASIC-Element 4 ist dabei so angeordnet, dass es zur gleichen Zeit für beide einseitig eingespannte Schichten 5a, 5b einen Anschlag bereitstellt.In the 7a-c is essentially a micromechanical sensor device 1 according to 1 shown. In contrast to the micromechanical sensor device 1 according to 1 are at the micromechanical sensor device 1 according to 7th now instead of a one-sided arranged or clamped layer 5 two layers clamped on one side 5a and 5b symmetrically arranged such that the ASIC element 4th in the middle and above the recess 3 ' the MEMS facility 3 is arranged and as a stop for both layers clamped on one side 5a , 5b the MEMS facility 3 serves. The layers clamped on one side 5a and 5b are horizontally spaced from each other, so do not touch. The contacting of the ASIC element 4th with the circuit board 2 essentially takes place in 7th above instead of as in 1 on the right side, as in the embodiment of 7th on the right side now the second layer clamped on one side 5b is arranged. The ASIC element 4th is arranged so that it is at the same time for both cantilevered layers 5a , 5b provides a stop.

Zusammenfassend weist die Erfindung, insbesondere deren Ausführungsformen, unter anderem die folgenden Vorteile auf:

• einfache Herstellung
• kostengünstige Herstellung
• präzise Entfernung zwischen einer bewegbar angeordneten MEMS-Komponente und einem ASIC-Chip
• geringer Bauraum

In summary, the invention, in particular its embodiments, has, inter alia, the following advantages:

• easy to manufacture
• Inexpensive to manufacture
• precise distance between a movably arranged MEMS component and an ASIC chip
• Small installation space

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Although the present invention has been described on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many ways.

Claims

A method for producing a micromechanical sensor device (1), in particular a micromechanical microphone, comprising the steps of providing a MEMS device (3) with a layer (5) arranged or clamped on one side, in particular piezoelectric, which has a free end region which runs along at least one deflection direction (200) can be deflected, and which has an end region which is arranged or clamped on the MEMS device (3) and which is fixed, providing an ASIC element (4, 4a, 4b), Connecting the ASIC element (4, 4a, 4b) to the MEMS device (3), arranging the ASIC element (4, 4a, 4b) and the MEMS device (3) in such a way that one end region of the ASIC -Elements (4, 4a, 4b) and the free end area of the layer (5) arranged or clamped on one side essentially overlap in a plane perpendicular to the direction of deflection (200) in an overlap area (100) and the ASIC element (4, 4a, 4b) serves as a stop for the free end area, the size of the overlap area (100) at most 1/3, in particular less than 25%, less than 20%, less than 10% or less than 5%, preferably between 1% and 2 %, which corresponds to the surface of the layer (5) arranged or clamped on one side, oriented perpendicular to the direction of deflection.

Procedure according to Claim 1 , wherein the ASIC element (4) on the MEMS device (3) is arranged above the layer (5) arranged or clamped on one side.

Method according to one of the Claims 1 - 2 , the ASIC element (4) and MEMS device (3) being connected by means of an AVT process, in particular by means of gluing and / or soldering.

Procedure according to Claim 3 , the ASIC element (4) and MEMS device (3) being connected by means of at least one soldered connection, in particular the soldered connection (6), MEMS device (3) and ASIC element (4) are materially and electrically connected to one another.

Method according to one of the Claims 1 - 4th , wherein a recess (8) in the ASIC element (4) is made as a stop.

Procedure according to Claim 5 , the ASIC element (4) and MEMS device (3) being connected to one another by means of an adhesion or bonding process, in particular by means of direct bonding.

Method according to one of the Claims 1 - 6th , wherein at least one electrical contact (124) for electrical contacting of the ASIC element (4) is arranged on the side of the ASIC element (4) facing the MEMS device (3) and the at least one electrical contact (124) of the ASIC Element (4) is connected to an electrically conductive connection (123, 133) arranged on the surface of the MEMS device (3).

Method according to one of the Claims 1 - 7th , a stop structure (45, 54), in particular in the form of a stop knob, being produced in the overlap area (100) on the ASIC element (4, 4a, 4b) and / or on the layer (5) arranged or clamped on one side.

Method according to one of the Claims 1 - 8th , the ASIC element (4) and / or the layer (5) arranged or clamped on one side being provided with a protective layer, in particular in the form of an electrical passivation layer, at least in the area of the stop, in particular in the overlap area.

Micromechanical sensor device (1), in particular in the form of a micromechanical microphone, full a MEMS device (3) with a, in particular piezoelectric, layer (5) arranged or clamped on one side, which has a free end region which can be deflected along at least one deflection direction (200) and which has an arranged or clamped end region which is determined an ASIC element (4, 4a, 4b) which is connected to the MEMS device (3), the ASIC element (4, 4a, 4b) and MEMS device (3) being arranged in such a way that an end region of the ASIC element (4, 4a, 4b) and the free end area of the layer (5) clamped on one side essentially overlap in a plane perpendicular to the direction of deflection (200) in an overlap area (100) and the ASIC element (4, 4a, 4b) serves as a stop for the free end area, the size of the overlap area (100) at most 1/3, in particular less than 25%, less than 20%, less than 10% or less than 5%, preferably between 1% and 2 %, which corresponds to the surface of the layer (5) arranged or clamped on one side, oriented perpendicular to the direction of deflection.

Microelectromechanical sensor device according to Claim 10 , the ASIC element (4) and MEMS device (3) being arranged at a distance from one another between 4 micrometers and 150 micrometers, preferably between 5 micrometers and 100 micrometers.

Microelectromechanical sensor device according to one of the Claims 10 - 11 wherein the ASIC element (4) has a recess (8) which is arranged essentially to correspond to the overlap region (100).

Microelectromechanical sensor device according to one of the Claims 10 - 12th wherein the ASIC element (4) has at least one electrical contact point (124) on its side facing the MEMS device (3), which is connected in particular to a through-hole contact (9) in the ASIC element (4).

Microelectromechanical sensor device according to one of the Claims 10 - 13th , the ASIC element (4) and / or layer (5) deflectable on one side having a stop structure (45, 54), in particular in the form of a stop knob, in the overlap area.